Qual a origem da Energia Potencial,
de um Sistema de Partículas?
Passo 1
O enunciado pede para explicar de onde vem a energia potencial
num sistema de partículas. Vamos tratar do conceito de forças conservativas e de trabalho, pois a energia potencial é definida justamente a partir do trabalho realizado por (ou contra) essas forças ao mover as partículas.
Passo 2
Forças conservativas são aquelas cujo trabalho entre dois pontos independe do caminho seguido, dependendo apenas das posições inicial e final. Denotando por
uma força conservativa e por
a posição de referência, o trabalho realizado por
ao levar a partícula de
até
é
Como essa força é conservativa, podemos definir uma energia potencial
tal que
ou seja,
Passo 3
A escolha do ponto de referência
(e portanto da constante) é arbitrária: normalmente toma-se
quando as partículas estão infinitamente afastadas ou em alguma configuração de conveniência. O que importa são as diferenças
, que representam o trabalho reversível necessário para deslocar as partículas entre duas configurações.
Passo 4
Fisicamente, a energia potencial de um sistema de partículas surge das interações internas (por exemplo, gravitacional, eletrostática, elástica etc.). Esses campos ou forças armazenam energia à medida que modificamos as distâncias ou configurações das partículas: retirar ou adicionar essa energia potencial corresponde a realizar trabalho contra essas forças internas.
Resposta
A energia potencial
de um sistema de partículas tem origem no trabalho realizado por (ou contra) forças conservativas internas ao mover as partículas de uma configuração de referência até a configuração em questão. É dada por
e reflete a energia armazenada nos campos de interação que mantêm o sistema unido.